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Pattern sensitivity Campbell & Robson (1968). pattern sensitivity wie gut nimmt man einfache Muster wahr? Schwellenmessung: –UV: Kontrast und Raumfrequenz.

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1 pattern sensitivity Campbell & Robson (1968)

2 pattern sensitivity wie gut nimmt man einfache Muster wahr? Schwellenmessung: –UV: Kontrast und Raumfrequenz Typische Stimuli: eindimensionale Gitter Sinusfunktion bestimmt Helligkeitsschwankung Variation durch Kombination von Sinusschwingungen

3 warum ist das interessant? Erkennung von kontrastreichen Strukturen –Kanten Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1) –Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen Kanten strukturieren visuelle Information –Objekterkennung?

4 pattern sensitivity wie gut nimmt man einfache Muster wahr? Schwellenmessung: –UV: Kontrast und Raumfrequenz 3 Fragen –Was ist Kontrast? –Was ist Raumfrequenz? –Wie ändert sich die pattern sensitivity mit der Raumfrequenz?

5 Kontrast & Raumfrequenz Kontrast = L max - L min 2 * L L min = 0.25 L max = 0.75 Kontrast = 0.5 L min = 0 L max = 1.0 Kontrast = 1.0 L min = 0.5 L max = 0.5 Kontrast = 0

6 Kontrast & Raumfrequenz Kontrastsensitivität ist abhängig von Raumfrequenz Raumfrequenz = Anzahl Musterwiederholungen / Raum Sehwinkel der Daumenbreite bei ausgestrecktem Arm: ca. 2° Niedrige RaumfrequenzHohe Raumfrequenz [cpd] cycles per degree

7 Kontrastsensitivität

8 Höchste Empfindlichkeit: Muster zwischen 1-10 cpd –passen 2-20 mal auf Daumen Für feinere Muster stark abfallende Sensitivität –Natürliche Grenze: etwa ab 76 cpd –blurring d. Auges < 1cpd (grob): etwas abfallende Sensitivtät –Neuronale Mechanismen

9 Kontrastsensitivität Räumliche Frequenz Kontrast

10 warum ist das interessant? Grundlegende visuelle Verarbeitung (V1) –Aufschluss über Verarbeitungsmechanismen –Idee der linearen Abbildung Lineare Verarbeitung im visuellen System –abgeleitet von der Netzhautabbildung –forschungsfreundliche Annahme… –was ist das überhaupt?

11 Lineare Abbildungen f(Urbild)

12 Lineare Abb.: Homogenität Netzhautabbild Stimulus x * x *

13 Lineare Abb.: Überlagerung Netzhautabbild Stimulus ++

14 Lineare Abbildungen 2 Grundprinzipien: –Homogenität (Gewichtung Urbild = Gewichtung Abbild) –Überlagerung (Abbild = Summe der Einzelteile) Anwendung auf visuelles System – Linearität nicht nur von Stimulus zu Netzhaut, sondern auch von Netzhaut in visuellen Kortex Bsp. Nicht-Linearität: Simultaner Farbkontrast Test durch zusammengesetzte Stimuli

15 Fourier-Analyse Einfachstes Muster: variiert nur in einer Dimension z.B. Helligkeit in x-Richtung Helligkeit π2π Harmonische Harmonische Harmonische

16 Fourier-Analyse 2π2π 2π2π 5. Harmonische 3. Harmonische 7. Harmonische Fundamentale Um π/4 kleiner Um π/4 grösser Enthaltene Komponenten sinussquare

17 square vs. sinus square lässt sich in sinus zerlegen Grösste Amplitude: Die Fundamentale Beeinflusst den Kontrast am stärksten square vs. sinus mit identischem Kontrast: Fundamentale in square kontrastreicher (um π/4) Bei linearer Abbildungen der Frequenzen: Welcher Stimuli müsste die niedrigere Wahrnehmungsschwelle haben – square- oder sinus-Welle? Warum?

18 π/4 square sinus square/sinus ratio

19 Campbell & Robson (1968) Sensitivität sinus- vs. square-Welle: Sensitivität für square grösser Verhältnis der empirischen Sensitivitäten: square/sinus = π/4 Entspricht genau dem Amplitudenverhältnis der fundamentalen Einzelfrequenz –spricht für lineare Abb. der einzelnen Frequenzen

20 π/4 square sinus square/sinus ratio Warum fällt die square-Sensitivität bei niedrigen Raumfrequenzen weniger stark ab?

21 Fourier-Analyse 2π2π 2π2π 5. Harmonische 3. Harmonische 7. Harmonische Fundamentale Um π/4 grösser Enthaltene Komponenten sinussquare

22 Einfluss der Reizintensität 500 cd / m² sinus square 0.05 cd / m² sinus square

23 andere zusammengesetzte Stimuli rectangle-Wellen –duty cycle: a/b –Gewichtung Fundamentale abhängig vom duty cycle sawtooth-Wellen Wellenformen, die auch gerade Harmonische enthalten: a b

24 rectangle-Sensitivität

25 bisher nur Wahrnehmungsschwellen bei schwellennahem Kontrast: square & sinus erscheinen gleich Wahrnehmung < Diskrimination da nur Fundamentale überschwellig Angenommen, Frequenzen werden unabhängig voneinander linear abgebildet… Der Wahrnehmungsschwelle welcher Schwingung entspricht dann die Diskriminationsschwelle zwischen einer square- und sinus-Welle? Diskriminationsschwelle square vs. sinus

26 Fourier-Analyse 2π2π 2π2π 5. Harmonische 3. Harmonische 7. Harmonische Fundamentale Um π/4 grösser Enthaltene Komponenten sinussquare

27 Diskriminationsschwelle square vs. sinus Square discrimination sinus threshold 1/3 sinus threshold

28 Campbell & Robson (1968) Ergebnisse sprechen für Linearität Wahrnehmungsschwellen zusammen-gesetzter Stimuli entsprechen denen der fundamentalen Schwingung Diskriminationsschwellen entsprechen der Schwelle der 1. Harmonischen Schwingung Verschiedene Raumfrequenzen werden unabhängig voneinander neuronal abgebildet

29 Diskussion Warum mehrere Frequenzbänder? nicht das lineare Abbild wurde gemessen (= neuronale Aktivität) sondern Schwellen, also Entscheidungen Entscheidungen sind eine weitere Verarbeitung des neuronalen Abbildes –und, da über mehrere Neurone integrierend, vermutlich nicht linear!

30 uni-resolution-model (Schade) Ist da was? Stimulikomponenten 1 Kanal neuronal: lineare Abbildung nicht- linear Entscheidung uni-resolution-model: ein Kanal für alle Frequenzen Stimulikombination erzeugen EIN lineares neuronales Abbild Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung EINES Abbildes da nicht-linear: Schwellen Einzelkomp. ungleich Schwelle Summe

31 multi-resolution-model (Schade) Ist da was? Stimulikomponenten neuronal: lineare Abbildungen nicht- linear frequenzspez. Entscheidung multi-resolution-model: frequenzspezifische Kanäle Stimulikombination erzeugen mehrere lineare neuronale Abbilder Entscheidung = nicht-lineare Verarbeitung jedes Abbildes Entscheidung ist frequenzspezifisch Schwellen Einzelkomponenten determinieren Gesamtschwelle Ist da was?

32 Diskussion lineare Verarbeitung in frequenzspezifischen Kanälen frequenzspezifische Adaptation

33 noch Fragen?


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